月潭水库工程鱼道选型及布置

邵江波

（黄山市月潭水库管理处,安徽 黄山 245000）

安徽省月潭水库坝址位于黄山市休宁县海阳镇首村,地处新安江源头率水河中上游。是“十三五”期间纳入规划的172 项重大水利工程之一。水库总库容为1.57 亿m3。电站装机规模为20 MW。是黄山市现有的唯一一座大（2）型综合利用水利枢纽工程。

月潭水库所处的率水河,发源于皖赣边陲的六股尖山脉,途经大源河和小源河,于休宁县流口镇汇合后始称率水。于屯溪黎阳镇注入新安江,全长148.2 km,是新安江最大的支流和发源地。率水河延岸植被丰厚,生态环境优美,长年水量充沛,水质清亮透彻,延河两岸的田园村落被群山环抱,风光秀丽,生态优美。然而,大坝的建造也给率水河水生态环境带来了一定的影响,其中之一就是鱼类洄游和产卵的生态需求受到了威胁。为了保障这些鱼类的生态需求,国家环境保护部《关于安徽省黄山市月潭水库工程环境影响报告书的批复》中明确月潭水库应严格落实水生态保护措施,专项设计并建设竖缝式鱼道。同时,根据月潭水库运行特点,汛限水位160.5 m,正常蓄水位165 m,确定过鱼期水库上游水位为160.5 m～165.0 m,下游最低水位141.0 m。过鱼落差在19.5 m～24 m,水位差适合建造鱼道,该鱼道的建设也将是黄山市境内第一座生态鱼道,它将为本地特有鱼类提供了一个穿越大坝及其下游障碍的通道。这个革命性的设计不仅有助于保护鱼类的迁徙和繁殖,而且还对本地区的生态平衡产生了巨大的影响。建设意义重大。

1 鱼道发展历史

鱼类会进行定期的迁徙和洄游,以满足繁殖、索饵或越冬的需要。鱼道便是供鱼类溯河迁徙和洄游时通过闸、坝等建筑物或天然障碍物的一种人工通道,一般包括进口、槽身、出口以及诱捕设施等[1]。早在17 世纪60 年代法国便颁布了相关规定,要求在各类坝、堰等阻断河流的建筑物中修建相应鱼类洄游通道。而第一条真正意义上的鱼道则是被称为“丹尼尔鱼道”的减速型鱼道,由比利时工程师丹尼尔于1909 年设计并建造。

2 月潭水库工程过鱼方案

2.1 过鱼对象和过鱼季节

鱼道的设计原理基于对鱼类的迁移习性和水流环境的深入研究。通过模拟自然水流,鱼道利用水流的动力,使鱼类能够顺利游泳通过水利工程,实现自由迁徙。同时,鱼道过鱼的目的主要是种群间遗传物质的交流,因此,过鱼对象的种类应尽可能的多样化,主要是在考虑其具备一定洄游能力的条件下,针对河段内珍稀、特有以及具有较高经济价值的半洄游性和洄游性鱼类。月潭水库鱼道主要保护对象为河段特有和珍稀的光倒刺鲃、光唇鱼、大眼华鳊、尖头鱥和“四大家鱼”等为主,兼顾考虑区域其他经济鱼类。

本工程过鱼时间段主要考虑为保护鱼种的产卵季节,即每年的3 月～8 月。

2.2 过鱼设施方案

一般可采取两种大坝过鱼措施,一种是以仿自然通道,仿自然型过鱼设施,另一种为技术型过鱼设施。常见的过鱼方式有升鱼机、鱼闸、鱼道、集运鱼系统等,选择时需结合工程所在地的地形地质条件、枢纽布置、过鱼种类特性等进行综合比较选择[2]。

鱼道一般由进口、槽身、出口和诱鱼设计及补水系统等组成,呈连续阶梯状的水槽式过鱼构筑物[3]。宜在水流平缓稳定,且有一定水深的岸边或溢流出口附近布置鱼道进口。鱼道适用于大部分常见鱼种,它们对鱼类的洄游能力要求不高,也不容易产生危害。其缺点主要是不适用于高水头水坝,也不适用于对主要工程和调度运行有一定影响的上下游水头差较高的水利工程,同时它的布置需要结合电站枢纽。考虑月潭水库工程最大坝高为36.6 m,坝型为混凝土重力坝,工程运行水头较低,枢纽区左右岸均为山体,地形陡峻,坝后河道不具备通航能力,升鱼机和鱼闸等投资较大等,综合以上因素,月潭水库过鱼方案采用鱼道。

3 月潭水库鱼道选型及布置

鱼道按其结构型式可分为槽式、仿生态式、隔断型、及特殊型式等几类。隔板式鱼道按型式又可划分为溢流堰式、淹没孔口式、竖缝式和组合式。

在地形条件适宜情况下,可采用仿生式鱼道,其适应鱼类范围较广。有较多洄游性鱼种时,一般采用隔板式鱼道。溢流堰式则适用于表层洄游性鱼类,它们一般具有跳跃习性,但其通过流量较小,易被堵塞,同时适应上下游水位变化能力较差,水位变化幅度一般在0.3 m 以下。若工程上下游水位变化幅度较大,洄游的鱼类适应水深不同,则可选用竖缝式。

根据月潭水库实际过鱼种类和上下游水位差,并结合国家环保部环保批复,选择竖缝式鱼道最为适宜。

3.1 月潭水库鱼道布置

鱼道布置应满足主要过鱼对象在主要过鱼季节顺利通过鱼道、进入上游安全水域、便于操作管理等方面的要求。根据工程具体条件,鱼道布置可采取多层盘折式、格式、绕岸式或塔式。

月潭水库根据工程布置,左右岸均为山体,鱼道布置选择绕岸式最为适宜,同时月潭水库为坝后式水电站,鱼道布置在电站旁侧可充分利用电站尾水。

3.1.1 鱼道左右岸布置方案比选

根据工程枢纽布置,如果将鱼道布置于右岸,与电站的引水系统布置（左岸）相冲突。鱼道布置在左岸,坝上游鱼道明渠边坡相对较缓,开挖工程量较小；同时左岸鱼道出口与电站进水口和泄水建筑物进口距离较远,可以避免成功上溯的鱼类误入电站引水系统和泄水系统而被带回下游,利于鱼类洄游,过鱼效率相对较高。另外,进鱼口位于电站尾水侧,可充分利用电站下泄水流,形成诱鱼水头,提高进鱼口区域诱鱼效果。

综上所述,从鱼道布置和鱼道出口的过鱼效率考虑,鱼道布置于左岸电站旁侧较为合适。

3.1.2 鱼道出口布置方案比选

水库水位将根据上游来水量进行调节,采用多个出水口,有利于控制鱼道内水流流速,满足不同水位下的鱼类洄游,开启关闭不同水位的鱼道闸门,便于运行,有利于鱼类洄游。更高效地过鱼。因此本工程鱼道设计采用多出口布置方案。

鱼道进口底高程为140.0 m,布置在水电站尾水末端,Z 字形向上爬升至149.6 m,再环绕枢纽管理区至鱼道穿坝段,分别在159.5 m、161.3 m、163.1 m 高程设置3 层出口,穿越坝体后为减少发电引水对鱼类洄游的影响,坝前鱼道延伸至上游鱼道挡墙出口处。坝前段长度为176 m。

3.2 鱼道进出口

泄水闸、电站尾水、生态放水口等经常有水流下泄处最为适宜布置鱼道进口,同时根据水位变幅宜设置多进口集鱼系统。

月潭水库鱼道进口布置在尾水渠末端,采用多进口集鱼系统,此处经常有水流下泄,鱼类洄游中易在水流出口处集聚,是布置鱼道进口的理想位置。进口底高程140.0 m,进口设计水深1.0 m,鱼道进口设置侧向进鱼口,底高程140.6 m,孔口尺寸1.0 m×0.5 m（宽×高）。

鱼道出口布置在左岸⑪坝块穿越坝体,设置159.5 m、161.3 m、163.1 m 高程3 个出口,以适应上游水位变幅。穿坝孔口尺寸1.5 m（宽）×1.8 m（高）,间距2.3 m,同时在⑪坝块三个出口处各设置工作与事故闸门。

3.3 槽身设计

鱼道中的设计通常采用逐级阶梯的方式,模拟鱼类在自然环境中逐步攀升或下降的水流；此外,鱼道还经常设置瀑布、急流等,模拟自然水流环境,激发鱼类的迁移本能。鱼道除了模拟自然水流外,还会尽力模拟鱼类栖息环境,如河流底部的石块、砾石和水草等。这样的设计可以让鱼类感受到熟悉的生存环境,增加其对鱼道的接受度,提高成功迁徙的机会。

月潭水库鱼道洄游对象为河段特有和珍稀的光倒刺鲃、光唇鱼、大眼华鳊、尖头鱥和“四大家鱼”等半洄游性鱼类为主。槽身设计选择净宽大于对象鱼体长的2 倍,本工程选择为1.5 m,池室长一般选择净宽的1.25～1.5 倍,本工程选择为2.0 m,采用矩形断面,依据设计导则槽身设计原则,月潭鱼道选择每隔10 块隔板设一个休息池,休息池长度选择为2 倍池室长度为4.0 m,鱼道计算坡降为2%,所有底部均铺设0.2 m 厚砂卵石,模拟栖息环境见图1。

图1 月潭水库鱼道槽身结构图

依据月潭水库鱼道适用鱼类（半洄游性鱼类）喜好流速和极限流速,月潭水库对象鱼设计流速选择为0.8 m/s。以此流速计算隔板水位差：

式中：Δh为隔板水位差,m；v 为鱼道设计流速,m/s；φ为隔板流速系数,可取0.85～1.0。

经计算,Δh=0.045～0.033。

隔板流速系数取0.85 隔板水位差为0.045 m,系数取1.0,水位差为0.033 m,本次隔板水位差择中选取0.04 m。

鱼道底坡按下式计算：

式中：I为鱼道底坡；Δh为隔板水位差,m；I为鱼道设池室净长,m；d为隔板厚度,0.08 m。

计算得鱼道底坡为0.02。

池室总数量按下式计算：

式中：n为鱼道池室总数量；H为鱼道最大设计水位差,m；根据月潭水库运行特点,确定过鱼期水库上游水位为160.5 m～165.0 m,下游最低水位141.0 m。过鱼落差在19.5 m～24 m,H取值为24 m。

计算得鱼道池室总数为599 个。

鱼道竖缝宽度为0.2 m,池室内上游水深0.8 m,下游水深为0.76 m,见图1。

鱼道流量计算：

式中：h0为池室内下游水深,m；μ为流量系数,取值为0.6；s为竖缝宽,m。

计算得鱼道流量为0.13 m3/s。

池室尺寸应满足单位水体功率耗散要求：

式中：E为池室内单位水体功率耗散,W/m3；V为池室水体体积,m3；Q为鱼道流量,m3/s；［E］为允许散耗。

计算后得出E为22.7 W/m3,满足规范要求的小于200 W/m3。

3.4 诱导设施及其他辅助设施

诱鱼措施可采用水流、声、光、色和诱饵等,使零星和分散的鱼类汇集起来,进入鱼道入口,提高过鱼效率。本工程鱼道进口利用上层鱼道留置溢流口,在进口形成自由水流,诱导鱼类进入鱼道槽身,溢流水量由上游出口鱼道启闭机闸门开展下泄流量,控制补水量,避免入口处水流流速过大或产生强烈的紊动。同时月潭水库工程在鱼道内前布置了鱼道监测系统,观测过鱼效果,采用摄像头监测,接入观测自动化系统,可实时监测过鱼效率。

4 经验与建议

目前,过鱼设施型式多种多样,各自有不同的特点和适应条件,在过鱼设施选择上前提是应确定过鱼对象,有时需考虑多种鱼类过鱼需求,收集与分析过鱼对象便尤为重要,其次要考虑工程上下游水头差,再综合其工程地质条件、经济适用性、运行维护成本,合理选择过鱼设施[4]。

建造鱼道是保护鱼类洄游和产卵生态需求的一项有效举措。它的建设为保护鱼种提供了洄游通道,可以帮助鱼类绕过大坝,确保它们能够顺利地完成洄游和产卵的过程。鱼道并非只是单纯的洄游通道,还承担着恢复河流的连续性、完整性和维持整改生态系统的功能,从而保护水生生物的多样性和生态环境的稳定。因此在鱼道的设计、施工、运行和效益评价过程中应贯彻高质量可持续发展的思想[5]。不仅对目标鱼种进行洄游观测,还应加强对水生生物的完整性和河道的连通性进行综合评估。

同时,鱼道的建设也可结合鱼类的增殖放流,通过人工增殖放流补充河道水生态完整性,构建可持续的水生生态建设。